伽利略斜面实验的启示

伽利略斜面实验的启示伽利略斜面实验的启示子课题题目：无摘要本文回顾了伽利略斜面实验的历史背景，介绍了伽利略斜面实验的具体实施方案，从真实实验与理想实验的结合，数学定量分析的介入，斜面实验蕴含的科学研究方法多角度深入分析了斜面实验在物理学上的地位及重大意义，并从方法论的角度剖析了斜面实验对近现代科学研究的促进作用。接着论述伽利略斜面实验在物理科学上的地位、意义，另外对伽利略斜面实验进行分析论述，以及对于亚里士多德思想的突破。通过对于伽利略斜面实验创造性地将数学实验与观察演绎结合的实验方法的意义进行论述，最后讲述伽利略斜面实验对近代物理学的影响。伽利略实验对于物理学贡献巨大，在斜面实验的研究成果得到公认之前，物理学以至整个自然科学只不过是哲学的一个分支，没有取得自己的独立地位。伽利略斜面实验不是先臆测事物发生的原因，而是先观察自然现象，由此发现自然规律。基于这样的新的科学思想，伽利略倡导了数学与实验相结合的研究方法。这种研究方法是他在科学上取得伟大成就的源泉，同时也为惯性定律的建立起到启发作用。关键词：伽利略、斜面实验、物理学

目录伽利略斜面实验的启示 1引言 11、绪论 11.1研究的背景 11.2研究的意义 21.3研究方法 22.建构力与运动关系学习进阶假设 32.1力与运动关系的发展过程概述 32.2物理模型对概念进阶的作用 32.3物理建模教学的相关理论 42.3.1物理建模教学的内涵 42.3.2物理建模教学的教育教学理论基础 43、伽利略斜面实验介绍 63.1问题的提出 63.2伽利略斜面实验介绍 63.3伽利略斜面实验存在的意义 73.4哲学的辨析 73.5关于参考系的问题 84、关于伽利略斜面实验的思考 104.1实验分析 104.1.1单斜面 104.1.2双斜面 104.2关于动力学的分析 104.3关于能量的分析 115、伽利略斜面实验在物理科学上的地位 125.1惯性原理的首先提出 125.2空间的同一性和运动的连续性——对亚里士多德思维的突破 125.3首创数学实验与观察演绎方法的结合 125.4伽利略实验中的方法之美 5.5充分运用伽利略斜面实验追寻守恒量 6.物理教学的改善 146.1加强科学思维 146.2关于科学探究 14结语 16参考文献 17引言从我们开始学习物理知识以来，伽利略的一些理论和实验总是会出现在我们的物理教材课本上，通过对实验的学习和了解让我们知道与力相关的更多知识点。伽利略的斜面实验其实是一般的物理学之中主要的理想实验，一直以来我们对于小球受力、运动的状态和能量转化不清楚，所以我们需要通过真实实验，对这一斜面实验展开定量分析，从而来掌握小球受力情况、运动的状态、以及能量变化等，从而将不理解的认识变得明白。1、绪论1.1研究的背景21世纪科学技术的发展给人类带来了巨大而深远的影响，科技的发展需要人才的培养，教育具有培养公民科学素养、培养社会所需要的人才的重任，教育应该适应社会的发展，走在改革的前面。如今我国的课程改革更加注重培养学生的核心素养，课程改革落实到具体教学中，就需要教师运用科学的方法帮助学生形成系统的科学知识。不仅我国其他国家也在进行课程改革，以美国为例，美国在科学教育上在不断改革与创新。2001年美国国家科学研究委员会（NRC）在《知道学生所知道》报告中指出“如果知道学生的学习是如何随时间发展的，评价就可以鉴别学生当前的思维和原有的认知，从而不断促进学生的思维逐步向前发展”。2005年美国国家科学研究委员会（NRC）在报告中明确提出学习进阶这一术语，对于课程、教学和评价三者的实施者来讲，NRC认为学习进阶可起到沟通三者的作用，而成为促进三者一致性的有力工具。2011年NRC正式颁布《K—12科学教育的框架：实践跨学科概念与核心概念》自此基于脑科学、学习科学等理论的研究和对核心概念在科学概念体系中的重要地位及学习进阶的研究逐渐开展起来。2013年5月，以学习进阶为关键词的美国《新一代科学教育标准》正式颁布。标准规定了学生在高中毕业前需要掌握的核心概念（这些核心概念分别属于物质科学、生命科学、地球与空间科学），并规定了每个核心概念的学习进阶，即从幼儿园到高中的各个学段的学生对核心概念应达到的理解程度。在我国关于学习进阶的研究已有很多，例如，乔通利用Rasch模型对“运动与相互作用”主题下进行了跨年级的测量。范增通过研读12个国家的课标建构了“能量守恒”、“稳定的电场”、“力与运动”三个概念从小学到高中完整的学习进阶。王志鹏建构了力学概念下五个核心概念的学习进阶。冯玉广、胡正元、张慧玲用试题对高中阶段学生对动力学的认识进行了测试。但已有的研究要么仅研究某一个阶段的学生的力学及其相关的概念的掌握，要么涉及的范围太广，而细节不够，在现实的教学中不能为教师提供更细致的参考。另外，力及其相关概念的建立，及其核心——牛顿运动定律的学习及发展是物理学的核心概念，因此我们把力与运动的关系作为我们的研究主题。1.2研究的意义高中物理对力与运动关系的学习是一个循序渐进，由浅到深，由看得见的实物运动到看不见的场的作用。但是对于力与运动关系这一部分知识的学习显得比较零散，学生从实物体过渡到电场磁场的学习时还是比较吃力。分析发现存在以下原因：首先，物理教学在内容上存在分模块的形式，这在高中尤为明显，分模块导致知识较为分散，体系组成存在着一定的界限，这就导致学生习得的知识也是分模块的分散的。从学生的认知角度看，学生个体的认知发展过程与人类整体认识世界的过程是一致的。物理学史发展中难以攻克的难题恰恰对应着物理教学中学生难以理解和掌握的难点。物理学史上的关键性突破和科学家们最有影响的贡献之处正是物理教学中的重点。其次，从教师教学角度看，物理学发展的结果对应着物理知识。物理学发展的过程即是一种物理智慧，一种宝贵的经验。教师不仅要教给学生知识，更要传授智慧与经验。将物理学史引入课堂教学中，能够激发学生学习物理的兴趣。例如，在进行牛顿第一定律讲解时，每位科学家探索世界的方法各有特点，通过总结他们各自方法的优缺点，引导学生科学地探索世界，探究真理。1.3研究方法文献研究法本研究通过查阅、分析、整理有关学习进阶研究的相关文献，在前人研究的基础上,总结学习进阶的研究现状，分析学习进阶的研究方法与思路，从而为本研究提供参考。2.建构力与运动关系学习进阶假设2.1力与运动关系的发展过程概述关于动力学，最早可追溯到亚里士多德在他的著作《物理学》（PhysicalDiscourse）中的观点。亚里士多德认为，要使一个物体持续运动下去，就必须需要一个不断起作用的原因，而他的老师柏拉图却认为，只有使物体离开原来的直线道路时，才需要一个原因。亚里士多德将物质归结为五种元素，火、气、土、水以及以太，用它们解释自然界以及天体的运动。物质以本身的轻重上升或降落，它们要以不同的力量“寻找它们天然的位置”。这一观点认为物质按其性质有轻重之分。这些观点为中世纪晚期的经院派和神学家所接受，但这些观点阻碍了知识的进步。伽利略时期人们的观点还被亚里士多德的观点侵占加上日常生活中未经训练的观察，对于动力学的认识很混乱。伽利略受哥白尼和开普勒启发，认为，地球上“局部运动”也是遵循数学表达的。他发现：物体降落时下降的距离跟时间的平方成正比。伽利略还发现，如果摩擦力足够小，小到可以忽略时，一小球从斜面上滚下可以到达另一个斜面并且速度为零的位置与第一个斜面出发的高度相同，而与斜面的倾斜度无关。于是他就猜想，如果第二个斜面是平的，那么小球将会以恒定的速度在这个水平面上一直运动下去。人们一向认为持续不断的运动需要持续不断的力来维持。直至经过伽利略的研究，人们才明白，需要外力的不是运动，而是运动的产生或停止或运动方向的改变，这就是惯性也就是牛顿第一定律的基础。在此基础上人们还在思考的一个问题就是天体的运动，既然行星一旦开始运动，就不需要力来维持，那么它们运动的路径一直在改变，必须找到一个原因去解释这一现象，这个问题就到了牛顿时代。牛顿给力的定义是“一个物体所受到的、足以改变或倾向于改变该物体的静止状态或匀速直线运动状态的作用”。2.2物理模型对概念进阶的作用物理模型是在研究物理问题时，忽略次要因素、无关因素，突出主要因素与物体之间的关系，得出的符合一类事物的结论或者规律。学生对于物理概念、规律的学习离不开相关物理模型的支撑。在物理学习中，很多概念和规律的是理想化的情况，比如说牛顿第一定律的得出、自由落体运动规律，涉及到的情境在现实生活中是不存在的，但是有了这种理想化情境的描述，学生可以理解和解释现实生活中的运动问题、物体下落的问题，因此学生学习物理的一个重要环节就是需要建构起一个理论联系实际的桥梁，这就是模型。仍以力学定律为例，如果没有物理模型的支撑，对于物体加速度与所受合力以及质量之间的关系，物体间的作用力与反作用力等知识，学生大概只会死记硬背物理规律，因此物理模型是物理学习中非常重要的科学思维。在《普通高中物理课程标准（2017年版）》中也有关于物理模型的水平要求：表3-2《普通高中物理课程标准（2017年版）》有关物理模型的描述水平科学思维水平1能说出一些简单的物理模型。水平2能在熟悉的问题情境中应用常见的物理模型。水平3能在熟悉的问题情境中根据需要选用恰当的物理模型解决简单的物理问题。水平4能将实际问题中的对象和过程转换成物理模型。水平5能对较复杂的实际问题中的对象和过程转换成物理模型。2.3物理建模教学的相关理论2.3.1物理建模教学的内涵要想了解建模教学的内涵，需要知道什么是模型和建模。所谓模型是指对真实世界，包括对物体、事件、系统、过程、物体和事件间的关系等的一种表征，建模是建构或修改模型的动态过程，即从复杂的现象中，抽取出能描绘该现象的元素或参数，并找出这些元素或参数之间的正确关系，建构足以正确描述、解释该现象的模型的过程。建模教学认为，模型是物理学的核心内容，建模过程根植于物理情境中。在物理建模教学过程中首先是分析问题情境，确定建模对象及条件。其次探寻建模对象的物理属性及其描述变量。再次通过实验探究或理论分析寻找自变量和因变量之间的关系，建立模型方程，描述物理模型的结构和物理过程随时间的变化规律。最后要对描述变量与物理模型属性之间的关系进行解释。2.3.2物理建模教学的教育教学理论基础物理建模教学从本质上来说是对学习环理论的进一步发展。学习环是一种科学学习和教学的模式，最早由罗伯特.普拉斯提出。由于深受皮亚杰的影响，卡普拉斯将科学教学过程分为探索(exploration)、概念导入(conceptintroduction)、概念应用(conceptapplication)三个阶段。物理建模理论最初是一种“科学理论”，它起源于科学哲学，上世纪八十年代，这一理论受物理教育研究者重视并逐渐发展为一种“教学理论”，随后受建构主义影响在“科学教育和认知科学两个领域”得到了进一步发展。3、伽利略斜面实验介绍3.1问题的提出在教学中，老师会先提出亚里士多德的观点：“必须有力作用在物体上，物体才能运动，没有力的作用，物体就要停下来”，让学生自己去推或拉任意一个物体，去体会亚里士多德的观点，这个时候学生就会与亚里士多德的观点产生共鸣，然后向学生提问，为什么运动中的物体在没有力的时候就会慢慢地停下来，然后静止在某个地方呢？学生根据所学的知识都能想到是由于摩擦力的作用，那继续向学生提问：如果没有摩擦力的作用，运动中物体在撤去力后会怎样运动？这个学生会想不明白了，然后老师再介绍伽利略对其提出的质疑及观点：“若没有摩擦阻力，球将永远运动下去，”这样会引起学生的认知冲突，并带领学生去做斜面实验，让学生自己分析得出结论，最后由师生共同得出：如果把斜面放平，物体可能会一直运动下去的结论，验证了伽利略的观点。3.2伽利略斜面实验介绍图1在实验中，平面上材料的摩擦系数要依次降低。通过这个实验学生可以发现，水平面上摩擦系数越低，物体运动得越远，由此可以推测出，假如不存在摩擦力，那物体将一直运动下去，验证了伽利略的观点。3.3伽利略斜面实验存在的意义要认识伽俐略斜面实验及其意义，首先应了解在物理学发展史上统治了两千年之久的亚里士多德的运动观及其研究方法。亚里士多德是古希腊最著名的思想家和科学家。他知识渊博，在许多领域都有建树。他在哲学、美学、逻辑学、博物学、生物学等方面都有很大贡献。亚里士多德还是古希腊第一个最认真地研究物理现象的人。他的《物理学》一书是世界上最早的物理学专著。由于亚里士多德在许多领城的卓越的成就，加上他的任何运动都有原动者和天上运动优于地上运动的观点，正好和后来的基督教义十分吻合，因而得到了教会的支持。因此，亚里士多德的运动观在科学领域统治了两千多年。虽然在中世纪曾受到冲力学派的挑战，但直到17世纪才被伽俐略彻底推翻。纠正亚里士多德错误运动观的工作是伽俐略完成的。在这项工作中，斜面实验具有举足轻重的地位。伽利略有着多年用斜面做实验的经历，最初用斜面做实验是为了“冲淡重力”。伽俐略在斜面实验中观察到，如图1所示，小球沿斜面下滑时加速，沿斜面上滑时减速，一个沿着光滑斜面向上滑动的物体，因斜面的斜角不同而受到不同程度的减速，斜角越小，减速越小，只要把摩擦减小到可以忽略的程度，小球从一斜面滚下之后，滚上另一斜面，无论第二个斜面伸展多远，小球总能达到和出发点相同的高度，而与斜面倾角无关。也就是说，如果第二斜面水平放置，而且无限延长，则小球会一直运动下去。牛顿第一定律是高中阶段学生所学的基本定律之一，对于这个定律，首先教师要站在大学物理的高度向学生介绍牛顿第一定律的物理学史，即不能仅按教材的编写，只向学生介绍知识内容的简单过程，直接展现各个阶段人类科学认识的“终极”成果，这样教学会使历史意识被干干净净地滤掉，所以对于物理学史的教学要体现历史感，借助物理学史让学生了解物理思想的逻辑和历史过程，从而让他们领会科学精神与思维，掌握科学方法，端正科学态度，树立正确的科学形象。3.4哲学的思辩伽俐略在《关于两门新科学对话和数学证明》中写道：“我们可以进而指出，任何速度一旦施加给一个运动着的物体，只要去除加速或减速的外因，此速度就可保持不变。不过，这是只能在水平面上发生的一种情形。因在向下倾斜的平面上已经存在一加速因素。而在向上倾斜的平面上则有一减速因素。由此可见，在水平面上的运动是永久的，它不能减小或缓慢下来，更不会停止。”也即，力不再是亚里士多德所说的维持运动的原因，而是改变运动状态(加速或减速)的原因。在伽俐略的斜面实验反驳下，亚里士多德的运动观已无法再维持它的统治。很明显，之所以用双斜面做实验，就是要突破人们思考力和运动关系时受摩擦力局限的羁绊，指出力是加速和减速的原因。虽然在伽俐略和笛卡儿那里，都没有力的概念，但这是对力的性质的客观认识，也是牛顿第二定律的雏形。牛顿也在《自然哲学的数学原理》一书中高度评价伽利略对第一、第二两运动定律所做的开创性工作。初中教材安排的单斜面理想实验(小球从一个下降的斜面滚下并运动到粗糙不同的平面上)，摩擦越小，运动越远。实际上是一种演绎推理，适合初中学生的认知水平。伽利略对斜面实验的思考更是一种哲学的思辨，是对因果关系认识的必然结果：因为在向下倾斜的面上已经存在一加速因素，所以小球加速，而在向上倾斜的面上已经存在一减速因素，所以小球减速，在水平面上发生的一种情形，既没有加速的因素也没有减速的因素，所以小球既不加速，也不减速，在水平面上的运动是永久的，速度是匀速的。而在不光滑的水平面上，当外力停止作用时物体会停下来，这不是“自然本性”，而是接触面不光滑。伽利略正是注意到人们会纠结于摩擦对小球运动的影响，设计了高于这一思考层面的双斜面实验：小球加速，是因为存在一加速因素。小球减速，是因为存在一减速因素。在水平面上，既没有加速的因素也没有减速的因素，所以小球既不加速，也不减速，运动是永久的，速度是匀速的。这是从哲学的高度审视自然界之变化规律，是非常朴素的自然辩证法，但对斜面实验的解释深刻而有力。我个人认为，教材和我们的教学都应还原并让学生体会伽利略的这一核心思考，给学生一个辩证唯物思考观的实例。高中学生有能力也需要尝试哲学的思辨，高中物理对伽利略斜面实验的教学，不应只纠结于摩擦力的因素。3.5关于参考系的问题对参考系定义的理解，常见的参考系地面就是惯性系，相对于地面做匀速直线运动的物体也是惯性系，而相对于地面做加速运动的物体则属于非惯性系，比如相对于地面加速运动的火车等。4、关于伽利略斜面实验的思考4.1实验分析4.1.1单斜面伽利略单斜面实验就是，小球沿着斜面，从高处静止向下运动，小球沿斜而下滑的过程中，受到摩擦力和空气阻力，空气阻力与速度有关，速度越大空气阻力越大。一般而言小球下滑过程即不是纯滑动，也不是无滑滚动，而是连滚带滑，所以摩擦包括滑动摩擦和滚动摩擦，空气阻力可以通过降低斜面高度来减小。在忽略空气阻力的前提下，若斜面理想光滑，则小球沿斜面下滑(无滚动)，则小球运动过程中无能量损失。若小球沿斜面无滑滚动，则由于静摩擦力没有对小球做功，小球在斜面上运动的时候动能和重力势能相互转化，机械能保持守恒。在连滚带滑的情况下，小球滑动过程中因摩擦生热将会损失机械能。4.1.2双斜面伽利略的双斜面实验是这样的，小球沿着V形斜面的一侧某一高度向下运动，通过V型斜面的最底部时，还会向V型斜面的另一侧运动，达到比原来高度位置低一点的位置，当小球达到这个位置的时候，会短暂停止会儿，再反向运动，向下滚动、向上滚动、静止这样一直循环往复，但每次上升的高度都会比下降时的高度低，直到小球最后静止在V型斜面的低端。综合上面的观察，可知伽利略斜面实验经常可以看到的阐释就是：因为小球在滚动的过程中有摩擦的因素影响，从而推论得出，如果小球不受到摩擦干扰，那么小球不仅能够向上滚送到同样的高度，并且还有可能沿着水平方面持续滚下去。可是，小球到底是遭遇了怎样的摩擦干扰，是静摩擦干扰、还是滑动摩擦干扰、或者是滚动摩擦干扰，甚至是这几种摩擦干扰都具有。4.2关于动力学的分析小球由斜面向下滚动，把小球和斜面当做是实心体。当斜面和小球之间的最大静摩擦系数μ≧2/7tanA，小球会沿着斜面开始做无滑滚动，这个时候小球的受力情况将是小球承受到的重力、与斜面的静摩擦力以及斜面的支撑力。构建坐标系o—xyz系，依据刚体平面平行运行的动力学方程以及没有滑滚动这一方程，即mgsinA-f1=2mac1，r·f1=Icβ1，ac1=rβ1，Ic=2/5mr2，其中r代表的是小球的半径，Ic表示的是转动惯量。根据以上式子相互转化可以得到ac1=5/7gsinA而f1=2/7mgsinA，由此可以了解到，静摩擦力f1的作用就是：一、可以让小球的质心平动降低速度。二、可以让小球围绕其质心轴的转动加快速度。同样的道理，小球沿着斜面进行无滑向上滚动的时候，静摩擦f2的坐标系就是o一xyz系，那么就是：f2-mgsinB=mac2，-r·F2=Icβ2，ac2=rβ2，根据式子可以得到：ac2=-5/7gsinB而f2=2/7mgsinB，静摩擦力f2的作用就是：一，让小球质心平动增加速度。二，让小球围绕其质心轴转动降低速度。加入斜面编程水平面，那么小球就会开始做无滑运动。这个时候，小球遭到静摩擦力f0影响，只需要使f2=2/7mgsinB里面的B等于0，就可以得到ac0=0，f0=0，β0=0。由此式子可以说明，小球沿着水平面开始做无滑滚动的过程中，并不会遭到静摩擦力f0的影响。小球质心开始均速平动，而小球围绕其质心做迅速转动，这样小球的的运行情况将是维持不变的。4.3关于能量的分析实际实验过程中，理想的光滑斜面是不可能的，但可以通过减小滑动摩擦因数逼近理想的纯滑动。这种情况比较简单。下面重点讨论无滑滚动，若斜面过于光滑，则小球易于滑动而难以滚动，此时机械能损失主要是因为滑动摩擦产生的热能。若斜面过于粗糙，虽然小球易于滚动，但小球相对斜面仍有滑动，较大的摩擦因数也会带来较大的能量损失。为了逼近理想情况，应该在实现无滑滚动的同时减小摩擦因数，避免由此带来的机械能损失。

5、伽利略斜面实验在物理科学上的地位5.1惯性原理的首先提出由伽利略斜面实验而提出的惯性原理，对于后来的力学发展有巨大的影响，在后来几百年的物理学、力学的发展当中，无论是对于牛顿的力学定律，或者是爱因斯坦的相对论，都有深刻的影响。牛顿也曾说过，他所取得成就，是站在巨人的肩膀上完成的，而他所说的巨人，伽利略就是其中一位，牛顿第一定律、第二定律都是在对伽利略的斜面实验基础上进行完善和改进的。5.2空间的同一性和运动的连续性——对亚里士多德思维的突破在伽利略的斜面实验中，阐述了他对于空间的同一性，以及运动的连续性认知，也是对自己最开始的猜想验证，运用真实的斜面实验，来论证自然界的运动规律，从某些方面来说，他推翻了亚里士多德曾经的某些猜想定律，同时也可以说是对于原有的猜想定律的突破。不论怎么讲，无论是亚里士多德还是伽利略，他们对于人类在探寻自然界规律当中做出了巨大贡献。5.3首创数学实验与观察演绎方法的结合伽利略理想斜面实验是最美的实验之一。克里斯著《史上最美的十项科学实验》，Georgejohnxon著《历史上最美的10个实验》两本书中均收录了这个实验。事实上，伽利略的斜面实验，是种‘模式浮现’之美。这项实验的美是在于它的戏剧性作法，只用了相当单纯的装置，就能够让自然的基本原理生动展现，而乍看之下，这只是一组随机、混乱的事件———圆球滚落坡道。这就是那项定律最初向伽利略展现的方式，而今它也是以这种方式对学生展示。”虽然从伽利略斜面实验中还不足以判定伽利略发现落体定律的全过程，但可以窥视到伽利略研究运动学的方法。他把实验和数学结合在一起，既注重逻辑推理，又依靠实验检验，这就构成了一套完整的科学研究方法。可见，伽利略理想斜面实验蕴涵着方法美。正是伽利略把实验和逻辑推理和谐地结合在一起，有力地推动了科学的发展。伽利略的墓志铭上书：“他失明了，因为自然界已经没有剩下什么他没看见过的东西了。”5.4伽利略实验中的方法之美伽利略斜面实验装置几百年前就做得出来，我们现在更有理由和学生一起做好这个实验，让学生体会伽利略斜面实验具有原始的朴素美，它用最简单的装置———一个小球和一个斜面，展示了自然界最深刻的道理。伽利略关于运动的研究中，斜面是他采用的最基本的思考问题的方法。在自由落体运动规律的研究中，他首先想到用斜面来“减小”引力作用，保证时间成为可测量的物理量。他从斜面推到落体运动，通过逻辑推理得到落体运动的时间平方关系。进而通过斜面实验验证斜面的匀加速运动符合时间平方关系，间接证明落体运动也符合时间平方反比关系，与他的逻辑推理一致。在对惯性定律的研究中，他通过理想斜面实验得出结论：力是改变物体运动状态的原因。理想斜面实验，它来源于对真实实验或生活经验的逻辑推理或者是思辨，最终表述为牛顿第一定律。所以，无论是理想斜面还是真实斜面，都很明确地反映了伽利略研究问题的科学方法———实验＋逻辑推理。虽然牛顿第一定律和落体运动定律是两个独立的物理规律，但是斜面实验将其二者联系在了一起，也体现出伽利略斜面方法在其研究中的连续性。因此，在理想斜面实验的教学中重点培养学生的是一种逻辑推理能力。伽利略还指出，在科学研究中，懂得忽略什么，有时与懂得重视什么同等重要。5.5充分运用伽利略斜面实验追寻守恒量深入研究伽利略斜面实验可以发现，能量及其守恒的思想，在伽利略的实验中已经显现出来了。如图１所示，在这个实验中，小球一旦沿斜面Ａ滚落，它就要继续滚上另一个斜面Ｂ。重要的是，伽利略发现了具有启发性的事实：无论斜面Ｂ比斜面Ａ陡些或缓些，小球的速度最后总会在斜面上的某点变为０，这点距斜面底端的竖直高度与它出发时的高度相同。看起来，小球好像具有灵性“记得”自己起始的高度，或与高度相关的某个量。这说明某种“东西”在小球运动过程中是不变的，这个“东西”就是能量。

6.物理教学的改善6.1加强科学思维科学思维是对自然界客观事物的本质属性、内在规律及其相互关系的认识方式，是基于经验事实构建理想模型的抽象概括过程，以及对不同观点和结论提出质疑、批判、检验和修正，进而提出创造性见解的思维过程。因此，教师在物理教学过程中不要急于给出结论，而要站在更高的高度把重点放在过程分析上，让学生亲身经历并体会物理问题的处理过程。在上习题课时，教师要引导学生从实际问题着手，首先找到研究对象，然后一步一步地分析物理过程并在头脑中建立物理模型，再选择合适的定理或定律建立方程，最后求解讨论。同时，要注重引导学生学会分析同类问题之间的内在联系与逻辑性。教师还可以设置展示课，要求学生按上述程序展示自己对问题的解决过程，从而使学生在讲与练的过程中不断促进所学知识的系统化，形成解决问题的知识与方法网络体系，最终让这种科学思维方式在大脑中固化下来，成为学生的思维习惯。不管课堂教学形式和方式会怎样变化，有两个最基本的内容是不变的，一是内容与过程，二是思维与表达。从外表上看是两个问题，其实就是一个问题，不论什么样的内容与过程最终都是为思维服务的。要想训练学生的思维，就必须注重教学内容的选择。在选择教学内容时必须先对课程标准进行解读，然后，再结合学生的学情设计教学方案，以达成教学目标。在教与学的过程中，必须让学生思维显性化，然后针对学生思维过程中出现的问题进行纠正或者对正确的思维进行强化与巩固，从而提高学生的思维品质。这就要求教师在备课过程中必须着眼于思维能力的培养而不单单是解答题目。总之，不论是新课教学、习题教学还是其他形式的教学，知识的传递与解题思路的积累不是最重要的目的，在教学中必须把对学生思维品质和表达能力的提升及正确价值取向的培养作为教学的终极目标。6.2关于科学探究科学探究是指根据科学问题提出猜想和假设、设计实验与制定方案、获取和处理信息、得出结论并作出解释，以及对探究过程和结果进行交流、评估、反思的能力。教师要注重利用探究性实验来培养学生的科学探究能力。比如在探究物体运动的加速度与什么因素有关时，教师可以让学生通过搜集身边的事例来进行猜想，再引导学生根据所要研究的问题确定实验目的，设计实验方案，然后动手实验，最后分析实验数据，得出实验结论。在实验过程中，教师还要站在更高的高度为学生设置有价值的问题，例如：在实验中，勾码的质量一定要远远大于小车的质量吗？如果实验中未平衡摩擦力，会有什么影响？引起学生交流讨论，并在实验中验证自己的猜想。这样，学生会尽可能地投入到实验中，最重要的是，在这过程中，学生能将学过的实验知识和方法在不同的情境下迁移应用，在遇到问题时会努力思考，相互讨论，在经过认真琢磨获得正确答案的时候，他们会更加体会到科学探究的乐趣，从而形成严谨的、实事求是的科学态度。另外，教师还可以为学生提供实验仪器，鼓励学生在课后根据兴趣自主设计并完成一些小实验。教师若想引导学生顺利完成物理实验，不仅要掌握实验的实验原理，利用头脑